JP2000012866A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2000012866A JP10175015A JP17501598A JP2000012866A JP 2000012866 A JP2000012866 A JP 2000012866A JP 10175015 A JP10175015 A JP 10175015A JP 17501598 A JP17501598 A JP 17501598A JP 2000012866 A JP2000012866 A JP 2000012866A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1画素に複数のTFTが配置されている撮像
装置において、TFTの特性のばらつきが原因となって
画質が劣化したりリーク電流が増加することを防止す
る。 【解決手段】 入射光を信号電荷に変換する光電変換膜
とこの信号電荷を蓄積する画素容量とを含む画素部OE
Fと、走査線G1により動作を制御されて画素電極電位
を信号線S1へ読み出す薄膜トランジスタTFT1と、
画素電極電位が所定以上になるとバイアス線B1に画素
電位を逃がして画素電極が破壊されるのを防ぐ保護ダイ
オードTFT2とを含み、画素電極にソース又はドレイ
ンが接続されたトランジスタTFT1、TFT2にはL
DD長が長いTFT、又はダブルゲート構造のTFT、
あるいはトランジスタサイズの小さいTFTを採用する
ことにより、オフ抵抗を増加させてリーク電流を抑制す
ると共に、読み出し前に信号電荷がリークしてS/N比
が低下するのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を電気信号
に変換する撮像装置に係わり、特に医療用X線診断装置
の撮像装置として好適なものに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、X線診断装置としてa−Si・T
FT(アモルファスシリコン薄膜トランジスタ)を含む
撮像デバイスを用いた撮像装置が、例えば米国特許第
4,689,487号において提案されている。このよ
うな撮像装置の全体のブロック構成は、図13に示され
るようである。
【0003】X線源101からX線が照射されて被検体
102を通過し、a−Si・TFT撮像デバイス103
に入射される。この撮像デバイス103において、通過
したX線の量に対応したアナログ電気信号が生成されて
出力される。アナログ電気信号は時系列的にA/D変換
部109に入力されてディジタル変換され、イメージメ
モリ106に格納される。イメージメモリ106は1枚
あるいは数枚分の画像データを記憶するもので、制御部
105からの制御信号に基づいて特定のアドレスに与え
られた画像データを順次記憶する。イメージメモリ10
6に記憶された画像データは、演算処理部110によっ
て取り出されて演算が行われ、その結果が再びイメージ
メモリ106に返還されて記憶される。イメージメモリ
106に記憶された演算結果は、D/A変換部107に
よってアナログ信号に変換され、イメージモニタ108
によってX線像として表示される。
【0004】ここで、a−Si・TFT撮像デバイス1
03は図14に示されるような構成を備えている。横2
000×縦2000のマトリクス状に画素(e1,1)
〜(e2000,2000)が配置されてTFTアレイ
が構成されている。それぞれの画素(ej,j)(jは
1以上で2000以下の整数)は、両端をそれぞれ並列
に接続され、その一端に電源148からのバイアス電圧
を印加される光電変換膜140及び画素容量142と、
入力端子が光電変換膜140及び画素容量142の他端
に接続され、出力端子が信号線S1に接続され、ゲート
が走査線G1に接続されたa−Si・TFT144とを
有している。
【0005】光が入射すると、光電変換膜140に電流
が流れて容量142に電荷が蓄積される。走査線駆動回
路152によって走査線G1が駆動され、それぞれの走
査線G1にゲートが接続されているTFT144が列毎
にオンする。このTFT144の入力端子に一端を接続
されている容量142に蓄積された電荷が、それぞれの
TFT144の出力端子に接続された信号線S1を通っ
て増幅器154に転送される。電荷量は画素に入射した
光量に対応しており、この電荷量に応じて増幅器154
の出力信号の振幅が変化する。
【0006】この増幅器154の出力信号は、図示され
ていないA/D変換装置を用いてディジタル信号に変換
することにより、コンピュータ画面でディジタル画像表
示を行うことができる。また、図14に示された画素領
域の構成は、パーソナルコンピュータ等の小型情報機器
において利用されているTFT型液晶ディスプレイと同
様であり、薄型で大画面のものも容易に制作が可能であ
る。
【0007】ここで、図14に示された構成では、1画
素につき1個のTFT144が配置されている。しか
し、実際のデバイスでは1画素に複数個のTFT144
が設けられている場合もある。例えば、図15に示され
たような構成を有する読み出し回路を用いて、容量14
2に蓄積された電荷を信号線S1に読み出す場合には、
複数のTFT T1及びT2が用いられる。ここで、T
FT T1は走査線G1にゲートを接続されてオン/オ
フを制御され、容量142の電荷を信号線S1に出力す
るものである。TFT T2は、容量142の一端と接
地端子との間に接続されており、保護ダイオードとして
作用する。
【0008】あるいは、図16に示された読み出し回路
は、電荷を電圧に変換するAMI(Amplified MOS Imag
er)方式によるものであり、TFT T11〜T14を
含み、容量142と信号線S1との間にTFT T11
〜T13から成る定電流源が接続され、容量142の一
端と接地端子との間にリセットトランジスタとしてのT
FT T14が設けられている。このTFT14のゲー
トには、リセット信号R1が入力される。図15に示さ
れた読み出し回路によれば、容量142に蓄積された電
荷はTFT T1を介して直接信号線S1に読み出され
るが、図16に示された回路では容量142の電荷が電
圧に変換されて読み出される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、X線撮像装
置においては高S/N比、広ダイナミックレンジが要求
される。このため、一つの画素に複数のTFTが配置さ
れている場合には、これらのTFTの特性を均一にする
ことは必須条件である。しかし、TFT特性にはプロセ
ス変動によりばらつきが存在する。特に、オフ抵抗や閾
値電圧Vthのばらつきは、画質劣化をもたらす。さら
に、オフ抵抗にばらつきがあると、リーク電流が増加す
るため、雑音の増大やS/N比及びダイナミックレンジ
の劣化が生じる。
【0010】本発明は上記事情に鑑み、リーク電流を抑
制するとともに、S/N比を向上させて優れた画質を実
現することが可能な撮像装置を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、基
板上に相互に直交するように配置された信号線及び走査
線と、信号線と走査線とが交差する箇所に配置され入射
光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換膜及び画素電
極を含む画素部と、走査線により動作を制御されて画素
電極の電位を読み出すTFTを含む信号読み出し回路
と、走査線を駆動する走査線駆動回路とを備え、信号読
み出し回路に含まれるTFTのうち、ソース又はドレイ
ンが画素電極に接続されたものは他のTFTよりもLD
D長が長いことを特徴としている。
【0012】このような構成を、複数の信号線及び走査
線と、信号線と走査線とが交差する箇所にマトリクス状
に配置され入射光を信号電荷に変換して蓄積する光電変
換膜及び画素電極を含む画素部と、各々の走査線により
動作を制御されて対応する画素電極の電位を読み出す薄
膜トランジスタを含む信号読み出し回路と、各々の走査
線を駆動する走査線駆動回路とを備えた撮像装置におけ
る信号読み出し回路に適用してもよい。
【0013】また、信号読み出し回路に含まれる薄膜ト
ランジスタのうち、ソース又はドレインが画素電極に接
続されたものにマルチゲート構造を有するTFTを用い
てもよい。
【0014】ここで、信号読み出し回路には、ドレイン
又はソースが画素電極に接続され、ソース又はドレイン
が信号線に接続され、ゲートが走査線に接続され、走査
線により動作を制御されて画素電極の電位を信号線に出
力する信号読み出し用トランジスタと、ドレイン又はソ
ースとゲートとが画素電極に接続され、ソース又はドレ
インが一定電位線に接続され、画素電極の電位が所定電
位以上になると画素電極と一定電位線とを導通させる保
護用トランジスタと、ソース又はドレインが画素電極に
接続されていない他のトランジスタとが含まれており、
信号読み出し用トランジスタ及び保護用トランジスタ
は、他のトランジスタよりもLDD長が長いものであっ
てもよい。
【0015】あるいは、信号読み出し用トランジスタ及
び保護用トランジスタはマルチゲート構造を有するTF
Tであり、他のトランジスタはシングルゲート構造を有
するTFTであってもよい。
【0016】さらには、信号読み出し回路には、ドレイ
ン又はソースが画素電極に接続され、ソース又はドレイ
ンが信号線に接続され、ゲートが走査線に接続され、走
査線により動作を制御されて画素電極の電位を信号線に
出力する信号読み出し用トランジスタと、ドレイン又は
ソースが画素電極に接続され、ソース又はドレインが一
定電位線に接続され、画素電極の電位が所定電位以上に
なると画素電極と一定電位線とを導通させる保護用トラ
ンジスタと、電源電圧を供給され、入力端子が画素電極
に接続され、出力端子が保護用トランジスタのゲートに
接続されており、画素電極の電位に応じて保護用トラン
ジスタの動作閾値を調整する、少なくとも1つのトラン
ジスタを含む閾値調整回路とが含まれ、信号読み出し用
トランジスタ及び保護用トランジスタは、閾値調整回路
に含まれるトランジスタよりもLDD長が長いものであ
ってもよい。
【0017】または、信号読み出し用トランジスタ及び
保護用トランジスタはマルチゲート構造を有するTFT
であり、閾値調整回路に含まれるトランジスタはシング
ルゲート構造を有するTFTであってもよい。
【0018】あるいはさらに、信号読み出し回路には、
画素電極にドレイン又はソースとゲートとが接続され、
ソース又はドレインが第1の一定電位端子に接続され、
画素電極の電位が所定電位以上になると画素電極と第1
の一定電位線とを導通させる保護用トランジスタと、画
素電極にドレイン又はソースが接続され、ソース又はド
レインが第2の一定電位端子に接続され、ゲートにリセ
ット信号を入力されて画素電極と第2の一定電位線とを
導通させるリセット用トランジスタと、電源電圧を供給
され、入力端子が画素電極に接続され、出力端子が信号
線に接続され、画素電極の電位に応じた電圧信号を生成
して信号線に出力する、少なくとも1つのトランジスタ
を含む電圧変換回路とが含まれ、保護用トランジスタ及
びリセット用トランジスタは、電圧変換回路に含まれる
トランジスタよりもLDD長が長いものであってもよ
い。
【0019】ここで、保護用トランジスタ及びリセット
用トランジスタはマルチゲート構造を有するTFTであ
り、電圧変換回路に含まれるトランジスタはシングルゲ
ート構造を有するTFTであってもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明のー実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0021】先ず、図17にLDD(Lightly Doped Dr
ain )構造のTFTにおいてLDD長が異なる場合にお
けるゲート電圧Vとドレイン電流IのI−V特性の変化
を示す。このグラフより、LDD長が長くなるとオフ電
流が低減されることがわかる。これは、チャネル領域か
らドレイン領域に至る領域が低濃度不純物であるため、
高電界が緩和されるためと考えられる。従って、LDD
構造のTFTを採用してLDD長を長くとることで、オ
フ時のリーク電流を低減することが可能となる。
【0022】しかしその一方で、LDD長が長くなる
と、オン時における抵抗値が高くなるためにオン電流も
減少する傾向にある。よって、高いオン電流が必要とな
るTFTにはLDD長が短いTFTを採用すべきであ
る。
【0023】以下に説明する本発明のー実施の形態はこ
のような点を考慮し、ー画素に設けられた複数のTFT
のうち、オフ電流を低減すべきTFTはLDD長を長く
設定し、逆にオン電流を高くすべきTFTは相対的にL
DD長を短く設定している点に特徴がある。
【0024】また、TFTにはシングルゲート構造のも
のとダブルゲート構造のものとがあるが、それぞれのT
FTにおけるI−V特性は図18のように示される。こ
のグラフより明らかなように、ダブルゲート構造のTF
Tの方がオフ電流を低減することができる。これは、等
価回路的に直列接続された複数のTFTのなかで、最も
オフ電流が小さいTFTによってリーク電流の実効値が
決定されることにより、特性が良好でないTFTが含ま
れていてもオフ電流のばらつきが抑制されるためである
と考えられる。
【0025】しかし、ダブルゲート構造のTFTでは、
各々のTFTのチャネル長をシングルゲート構造のTF
Tと同一にすると、全体のチャネル長が2倍となり、オ
ン電流が減少する傾向がある。さらに、ダブルゲート構
造のTFTはシングルゲート構造のTFTよりも製造工
程がより複雑である。従って、高いオン電流が必要なT
FTに対してはシングルゲート構造を採用すべきであ
る。
【0026】後述する本発明の他の実施の形態は、この
点を考慮して、ー画素に設けられた複数のTFTのう
ち、オフ電流を低減すべきTFTにはシングルゲート構
造を採用し、逆にオン電流を高くすべきTFTにはダブ
ルゲート構造を採用している先ず、本発明の第1の実施
の形態による撮像装置のTFTアレイ部におけるー画素
の平面構造を図1に示し、この場合のー画素当たりの回
路構成を図2に示す。本実施の形態では、画素容量Cs
及び光電変換膜OEFを有するー画素当たりに、二つの
TFT1及びTFT2が配置されている。
【0027】TFT1は信号電荷読み出し用スイッチと
して設けられ、画素容量Csの一端(画素電極)が接続
されたノードND1と信号線S1との間にソース、ドレ
インが接続され、走査線G1にゲートが接続されてお
り、走査線G1によりオン・オフを制御される。画素容
量Csの一端(Cs電極)は、ノードND2を介して接
地されている。走査線G1がハイレベル(例えば20
V)になるとTFT1はオンし、画素容量Csに蓄積さ
れた信号電荷を読み出して信号線S1に出力して図示さ
れていない検出器に転送する。
【0028】TFT2は保護ダイオードとして設けられ
ており、ノードND1にゲート及びドレインが接続さ
れ、バイアス線B1にソースが接続されている。バイア
ス線B1は一定電位Vbに保たれており、保護ダイオー
ドとしてのTFT2の降伏電圧を制御する。画素容量C
sの電極電位、即ちノードND1の電位が例えば10V
以上という所定の電位以上まで上昇すると、TFT2が
オンして信号電荷をバイアス線B1に逃がす。このよう
にして、画素電極に所定電圧以上の電圧が印加されない
ように保護している。
【0029】本実施の形態では、ー画素当たりに二つず
つのTFT1及びTFT2が設けられており、それぞれ
のLDD長はいずれも長く設定されている。図3及び図
4に、LDD長が異なるTFTの縦断面構造を示す。図
3において、絶縁性基板1上に多結晶シリコン膜から成
る半導体層2が形成され、半導体層2上にゲート絶縁膜
3を介してゲート電極4が形成され、ゲート電極4上に
絶縁膜10が形成されている。半導体層2において、ゲ
ート電極4とゲート絶縁膜3を介して対向する位置にチ
ャネル領域6が形成され、チャネル領域6の両側に低濃
度不純物領域(LDD領域)9a及び9bが形成され、
さらにその両側にソース、ドレインに相当する高濃度不
純物領域8a及び8bが形成されている。高濃度不純物
領域8a及び8bはコンタクト部に相当し、それぞれの
表面上には電極11a及び11bが設けられている。
【0030】同様に、図4に示されたTFTは、絶縁性
基板21上に多結晶シリコン膜から成る半導体層22が
形成され、半導体層22上にゲート絶縁膜23を介して
ゲート電極24が形成され、ゲート電極24上に絶縁膜
30が形成されている。半導体層22において、ゲート
電極24とゲート絶縁膜23を介して対向する位置にチ
ャネル領域26が形成され、チャネル領域26の両側に
低濃度不純物領域(LDD領域)29a及び29bが形
成され、さらにその両側に高濃度不純物領域28a及び
28bが形成されている。高濃度不純物領域28a及び
28b上には電極31a及び31bが設けられている。
【0031】ここで、図3に示されたTFTのLDD領
域9a及び9bのLDD長L1+L2よりも、図4に示
されたTFTのLDD領域29a及び29bのLDD長
L11+L12の方が長い。上記第1の実施の形態で
は、図4に示されたようなLDD長が長いTFTをTF
T1及び2に用いている。特に、保護ダイオードTFT
2のLDD長が短くオフ抵抗が低いと、光電変換膜OE
Fによって光電変換されて画素容量Csに蓄積された電
荷を、走査線G1をハイレベルにして信号線S1へ転送
する前に、保護ダイオードTFT2においてリークして
信号電荷の蓄積量が減少する。また、信号読み出しトラ
ンジスタTFT1のオフ抵抗が短い場合にも、やはり走
査線G1をハイレベルにして読み出す前の段階で信号電
荷が信号線S1に流れてしまうので、信号電荷の蓄積量
が減少してS/N比が低下する。そこで、本実施の形態
ではTFT1及びTFT2にLLD長が長くオフ抵抗が
大きいTFTを用いることで、オフ時のリーク電流を減
少させるとともにS/N比を向上させている。
【0032】本発明の第2の実施の形態は、図1及び図
2に示された信号読み出しTFT1と保護ダイオードT
FT2とに、図5に示されたようなダブルゲート構造の
TFTを用いた点に特徴がある。このTFTは、絶縁性
基板31上に多結晶シリコン膜から成る半導体層32が
形成され、半導体層32上にゲート絶縁膜33を介して
ゲート電極34a及び34bが形成され、その表面上に
絶縁膜40が形成されている。半導体層32において、
ゲート電極34a及び34bとゲート絶縁膜23を介し
てそれぞれ対向する位置にチャネル領域36a及び36
bが形成され、チャネル領域36a及び36bのそれぞ
れ外側にLDD領域39a及び39bが形成され、中間
にLDD領域39cが形成されている。LDD領域39
a及び39bの外側に高濃度不純物領域38a及び38
bが形成されている。この高濃度不純物領域38a及び
38b上には、電極41a及び41bが設けられてい
る。このように、ダブルゲート構造のTFTを、信号読
み出し用スイッチTFT1及び保護ダイオードTFT
2、即ち画素容量Csの画素電極ノードND1にソース
又はドレインが接続されたTFTに採用することで、L
DD領域39a、39b及び39cを合計したLDD長
が長くなり、オフ抵抗が大きくなってリーク電流が減少
する。よって、本実施の形態によっても上記第1の実施
の形態と同様な効果を得ることができる。ここで、ダブ
ルゲート構造のTFTを示したが、ゲートの数は2に限
らず3以上のマルチゲート構造のTFTであっても、L
DD長の合計値を大きくしてオフ抵抗を増加させること
ができるので、同様の効果を得ることができる。
【0033】また、上記第1の実施の形態では、保護ダ
イオード及び信号読み出し用のトランジスタのLDD長
を長くすることでリーク電流を低減させ、上記第2の実
施の形態ではダブルゲート構造のTFTを採用すること
でリーク電流を低減させている。しかしこれに限らず、
チャネル幅Wとチャネル長Lとの比で表されるトランジ
スタのサイズW/Lを小さくすることによっても同様の
効果を得ることができる。
【0034】さらに、上記第1、第2の実施の形態では
いずれも半導体膜として多結晶シリコンによるものを用
いているが、a−Siから成る半導体膜や単結晶シリコ
ンから成る半導体膜を用いてもよい。
【0035】あるいはまた、図4に示された左右のLD
D領域29aと29b、図5に示されたLDD領域39
aと39cとはいずれも長さが等しく設定されている
が、これらの長さは異なっていてもよい。
【0036】次に、上記第1、第2の実施の形態による
ー画素の構成をTFTアレイ全体に適用した場合につい
て、図6を用いて述べる。m(mは2以上の整数)本の
走査線S1、S2、…、Smと、n本の信号線G1、G
2、…、Gnとが直交するように配置され、それぞれが
交差する箇所にマトリクス状に画素容量の画素電極P
(1,1)、…、P(m,n)が配置されている。各々
の画素毎に、画素電極P(i,j)(iは2以上m以下
の整数,jは2以上n以下の整数)と信号線Siとの間
に信号読み出し用スイッチTFT1の両端が接続され、
そのゲートには走査線Gjが接続されている。さらに、
画素電極P(i.j)とバイアス電源Pwとの間に、保
護ダイオードTFT2の両端が接続され、ゲートが画素
電極P(i.j)に接続されている。
【0037】このようなマトリクス状に配置された画素
にそれぞれ設けられた信号電荷読み出しスイッチTFT
1及び保護ダイオードTFT2に、上記第1の実施の形
態を適用してLDD長の長いTFTを用いてもよく、ま
たは上記第2の実施の形態を提供してダブルゲート構造
のTFTを用いてもよい。あるいは、サイズW/Lの小
さいTFTをTFT1及びTFT2に用いてもよい。こ
のような構成とすることで、TFTアレイ全体でオフ時
のリーク電流を減少させると共に、S/N比を向上させ
ることができる。
【0038】また、図1、図2、図6に示された回路構
成では、保護ダイオードTFT2のソースはバイアス線
B1に接続されてバイアス電圧が印加されている。しか
し、図7に示されたように、保護ダイオードTFT2の
ソースを画素容量CsにおけるCs電極に接続してもよ
い。ここで、画素容量Csには接地電圧等の一定電圧が
印加されている。そして、この図7に示されたー画素の
構成をTFTアレイ全体に適用してもよい。
【0039】さらに、図1、図2、図6、図7に示され
た回路構成では、保護ダイオードTFT2を1つのTF
Tで構成している。しかし、図8(a)〜(e)にそれ
ぞれ示されたように、複数のTFT Tr1〜Trxで
構成してもよい。図8(a)に示された保護ダイオード
は、ノードND1とバイアス線B1との間に、TFTT
r1〜Trxのドレイン、ソースが直列に接続され、ゲ
ートが全てノードND1に共通接続されている。図8
(b)に示された保護ダイオードは、ノードND1とバ
イアス線B1との間にTFT Tr1〜Trxのドレイ
ン、ソースが同様に直列に接続されているが、ゲートは
それぞれのTFT Tr1〜Trxのドレインに接続さ
れている。
【0040】図8(c)に示された保護ダイオードは、
ノードND1とバイアス線B1との間に、TFT Tr
1〜Trxのドレイン、ソースが並列に接続され、ゲー
トが全てノードND1に共通接続されている。図8
(d)に示された保護ダイオードはノードND1とバイ
アス線B1との間にTFT Tr1〜Trxのドレイ
ン、ソースが同様に並列に接続され、ゲートはそれぞれ
のTFT Tr1〜Trxのドレインに接続されてい
る。
【0041】また、図8(e)に示された保護回路で
は、図2に示されたノードND1とノードND2との間
に、TFT Tr11〜Tr13が設けられている。ノ
ードND1とノードND2との間に保護ダイオードとし
てのTFT Tr11のドレイン、ソースが接続されて
いる。さらに、保護ダイオードTFT Tr11の閾値
電圧を調整するためのTFT Tr12及びTr13の
ドレイン、ソースが直列に接続されている。TFT T
r12のドレインには一定電圧V1が印加され、ゲート
はノードND1に接続され、ソースはTFT Tr11
のゲート及びTFT Tr 13のドレインに接続され
ている。TFT Tr 13のソースには一定電圧V3
が印加され、ゲートには一定電圧V2が印加されてい
る。これらの電圧V1〜V3を変えることで、画素電極
電位に応じて保護ダイオードTFTTr 11の閾値を
調整することができる。
【0042】図8(e)に示された保護回路を用いた回
路に対して上記第1の実施の形態を適用する場合には、
保護ダイオードTFT Tr11及び信号読み出しスイ
ッチTFT 1に対してLDD長の長いTFTを採用
し、閾値調整用のTFT Tr12及びTr 13には
相対的にLDD長の短いTFTを採用する。また、上記
第2の実施の形態を適用する場合には、保護ダイオード
TFT Tr11及び信号読み出し用スイッチTFT
1にダブルゲート構造あるいはマルチゲート構造のTF
Tを採用し、閾値調整用のTFT Tr 12及びTr
13 にはシングルゲート構造のTFTを採用する。
これは、保護ダイオードTFT Tr11及び信号読み
出しスイッチTFT 1と比較して、閾値調整用のTF
T Tr12及びTr 13に関しては、オフ抵抗を増
加させるよりはオン抵抗を減少させる方が特性上好まし
いからである。
【0043】次に、本発明の第3の実施の形態につい
て、その平面構造を示した図9とその回路構成を示した
図10とを用いて説明する。上記第1、第2の実施の形
態では、画素容量Csに蓄積された電荷を信号読み出し
用スイッチTFT1を介して直接信号線S1に転送す
る。これに対し、本実施の形態では、画素容量Csに蓄
積された信号電荷を電圧変換回路VCによって電圧信号
に変換して信号線S1に転送するAMI方式を採用して
いる点で相違する。
【0044】光電変換膜OEFの一端が電源端子に接続
され、その他端に画素容量Csの画素電極がノードND
1を介して接続されている。画素容量CsのCs電極は
接地されている。ノードND1と接地端子との間には、
リセット用TFT TFTRのドレイン、ソースが接続
され、ゲートにはリセット信号が入力される。ノードN
D1には保護ダイオードTFT2のドレイン及びゲート
が接続され、ソースがバイアス線B1に接続されてい
る。
【0045】さらに、ノードND1と信号線S1との間
に、電圧変換回路VCが設けられている。電圧変換回路
VCは、ドレインが電源端子に接続され、ソースがTF
TOのドレインに接続され、ゲートが走査線G1に接続
された選択用TFT TFTSと、ソースが信号線S1
に接続され、ゲートがノードND1に接続された出力用
TFT TFTOと、ドレイン及びゲートが電源端子に
接続され、ソースが信号線S1に接続されたバイアス用
TFT TFTBとを備えている。
【0046】信号線S1は、バイアス用TFTBによっ
て所定のバイアス電位にバイアスされている。信号線G
1がハイレベルになると選択用TFT、TFTSがオン
してTFTOのドレインに電源電圧が供給され、当該画
素の信号電荷に対応した電圧が読み出される状態にな
る。トランジスタTFTOのゲートにノードND1を介
して接続された画素電極の電位VgsがTFTOのソース
より出力されて信号線S1に転送される。この後、ハイ
レベルのリセット信号Rがリセット用TFT TFTR
のゲートに入力されてオンし、画素容量Csに残留して
いた電荷が放出され、画素電極電位がリセットされる。
【0047】保護ダイオードTFT2は、ソースに接続
されたバイアス線B1より一定のバイアス電位Vb を入
力されている。この電位Vbにより、保護ダイオードT
FT2の降伏電圧が制御される。画素電極電位Vgsが例
えば10Vというように所定電圧以上に到達すると、保
護ダイオードTFT2がオンして、信号電荷をバイアス
線B1に逃がす。これにより、画素電極に所定以上の電
圧が印加されて絶縁破壊が生じるのが防止される。
【0048】本実施の形態では、画素電極(ノードND
1)にソース又はドレインが接続された保護ダイオード
TFT2及びリセットTFT TFTRのLDD長が、
他のTFTB、TFTS、TFTOのLDD長よりも長
く設定されている点に特徴がある。保護ダイオードTF
T2及びリセットTFT TFTRは、オフ抵抗が小さ
いと信号電荷を読み出す前の段階で信号電荷がリークし
てS/N比の低下を招く。このため、これらのTFT2
及びTFTRには、LDD長の長いTFTを採用してリ
ーク電流を減少させると共に、S/N比を向上させてい
る。一方、電圧変換回路VCを構成するTFTB、TF
TS、TFTOについては、信号線S1に出力する電圧
の振幅が小さくなって帯域が狭くならないように、オン
抵抗が小さく十分な駆動能力を有する必要がある。そこ
で、これらのTFTB、TFTS、TFTOにはLDD
長が短いTFTを採用している。
【0049】本発明の第4の実施の形態は、回路構成と
しては図9及び図10に示された上記第3の実施の形態
と同様であるが、TFTの構造が相違する。画素電極に
ソース又はドレインが接続された保護ダイオードTFT
2及びリセットTFT TFTRにはマルチゲート構造
のTFTを採用し、他のTFTB、TFTS、TFTO
にはシングルゲート構造のTFTを採用する。保護ダイ
オードTFT2及びリセットTFT TFTRは、上述
したようにオフ抵抗を大きくする必要があるので、LD
D長の合計値が大きいマルチゲート構造のものを用い
る。逆に、電圧変換回路VCを構成するTFTB、TF
TS、TFTOについては、駆動能力を高くするために
シングルゲート構造のTFTを用いる。
【0050】また、上記第1、第2の実施の形態につい
て述べた場合と同様に、LDD長やゲート構造が異なる
TFTを用いる場合に限らず、保護ダイオードTFT2
及びリセットTFT TFTRにはサイズW/Lが小さ
いTFTを採用し、電圧変換回路VCを構成するTFT
B、TFTS、TFTOにはサイズが大きいTFTを用
いてもよい。
【0051】さらに、TFTにおける半導体膜は多結晶
シリコンに限らず、a−Siから成る半導体膜や単結晶
シリコンから成る半導体膜を用いてもよい。
【0052】また、TFTの左右のLDD領域の長さは
異なっていてもよい。
【0053】上記第3、第4の実施の形態によるー画素
の構成をTFTアレイ全体に適用した場合について、図
11を用いて説明する。m本の走査線S1、S2、…、
Smと、n本の信号線G1、G2、…、Gnとが直交す
るように配置され、それぞれが交差する箇所にマトリク
ス状に画素容量の画素電極P(1,1)、…、P(m,
n)が配置されている。各々の画素毎に、画素電極P
(i,j)と信号線Siとの間に、TFTB、TFTS
及びTFTOから成る電圧変換回路VCが設けられてい
る。画素電極P(i.j)とバイアス電源Pwに接続さ
れたバイアス線B1との間に、保護ダイオードTFT2
の両端が接続され、ゲートが画素電極P(i.j)に接
続されている。画素電極P(i.j)と接地端子との
間、リセット用TFT TFTRの両端が接続され、ゲ
ートがリセット線R1に接続されている。
【0054】このようなマトリクス状に配置された画素
にそれぞれ設けられたTFTB、TFTS及びTFTO
と、保護ダイオードTFT2及びリセット用TFT T
FTRに対して、上記第3の実施の形態を適用してLD
D長の異なるTFTを用いてもよく、あるいは上記第4
の実施の形態を提供してゲート構造が異なるTFTを用
いてもよい。あるいは、サイズW/Lの小さいTFTを
TFT1及びTFT2に用いてもよい。このような構成
とすることで、TFTアレイ全体でオフ時のリーク電流
を減少させるとともに、S/N比を向上させることがで
きる。
【0055】また、上記第3、第4の実施の形態では、
保護ダイオードTFT2のソースがバイアス線B1に接
続されてバイアス電圧が印加されている。しかし、図1
2に示されたように、保護ダイオードTFT2のソース
を画素容量CsにおけるCs電極に接続してもよい。こ
こで、画素容量Csには接地電圧等の一定電圧が印加さ
れている。そして、この図12に示されたー画素の構成
を、TFTアレイ全体に適用してもよい。
【0056】さらに、図9〜図12に示された回路構成
では、保護ダイオードTFT2を1つのTFTで構成し
ている。しかし、上記第1、第2の実施の形態において
説明した場合と同様に、図8(a)〜(e)にそれぞれ
示された複数のTFT Tr1〜Trxを用いて保護ダ
イオードTFT2を構成してもよい。この場合のTFT
Tr1〜Trxのソース、ドレイン及びゲートと、ノ
ードN1及びN2、バイアス線B1との接続関係は、上
記第1、第2の実施の形態における場合と同様である。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の撮像装置
によれば、画素に設けられたTFTのうち画素電極にソ
ース又はドレインが接続されたものにはLDD長が長い
TFT、またはマルチゲート構造のTFT、あるいはト
ランジスタ寸法W/Lの小さいTFTを採用してオフ抵
抗を増加させてリーク電流を減少させると共にオフ時に
信号電荷がリークしてS/N比が低下することを防止
し、他のTFTが設けられている場合にはLDD長が短
いTFT、シングルゲート構造のTFT、又はトランジ
スタ寸法W/Lが大きいTFTを用いることにより、駆
動能力を高めて読み出し感度を向上させることが可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による撮像装置にお
けるー画素当たりの平面構成を示した平面図。
【図2】同撮像装置におけるー画素当たりの回路構成を
示した回路図。
【図3】同撮像装置において用いられるLDD長の短い
TFTの縦断面構造を示した断面図。
【図4】同撮像装置において用いられるLDD長の長い
TFTの縦断面構造を示した断面図。
【図5】本発明の第2の実施の形態による撮像装置にお
いて用いられるダブルゲート構造のTFTの縦断面構造
を示した断面図。
【図6】上記第1、第2の実施の形態による撮像装置の
ー画素当たりの回路構成をTFTアレイ全体に適用した
場合の構成を示したレイアウト図。
【図7】上記第1、第2の実施の形態による撮像装置の
変形例を示したレイアウト図。
【図8】上記第1、第2の実施の形態による撮像装置に
おける保護ダイオードの変形例を示した回路図。
【図9】本発明の第3又は第4の実施の形態による撮像
装置におけるー画素当たりの平面構成を示した平面図。
【図10】同撮像装置におけるー画素当たりの回路構成
を示した回路図。
【図11】上記第3、第4の実施の形態による撮像装置
のー画素当たりの回路構成をTFTアレイ全体に適用し
た場合の構成を示したレイアウト図。
【図12】上記第3、第4の実施の形態による撮像装置
の変形例を示したレイアウト図。
【図13】従来のX線診断装置の概略構成を示したブロ
ック図。
【図14】同装置におけるTFT撮像デバイスの構成を
示した回路図。
【図15】同装置のTFT撮像デバイスにおいて信号読
み出し回路の他の回路例を示した回路図。
【図16】同装置のTFT撮像デバイスにおいて信号読
み出し回路のさらに他の回路例を示した回路図。
【図17】LDD長の異なるTFTのゲート電圧−ドレ
イン電流の変化を示したグラフ。
【図18】ゲート構造の異なるTFTのゲート電圧−ド
レイン電流の変化を示したグラフ。
【符号の説明】
TFT1 信号読み出しスイッチ TFT2 保護ダイオード G1〜Gn 信号線 S1〜Sm 走査線 B1〜Bn バイアス線 Cs 画素容量 OEF 光電変換膜 ND1、ND2 ノード Tr1〜Trx、Tr11〜Tr13、TFTB、TF
TO、TFTS、TFTR TFT TH1〜TF3 スルーホール 1、21、31 絶縁基板 2、22、32 半導体膜 3、23、33 ゲート絶縁膜 4、24、34a、34b ゲート電極 6、26、36a、36b チャネル領域 8a、8b、28a、28b、38a、38b ソー
ス、ドレイン(コンタクト部) 9a、9b、29a、29b、39a、39b、39c
LDD領域 10、30、40 絶縁膜 11a、11b、31a、31b、41a、41b ソ
ース、ドレイン電極 P(1,1)〜P(m,n) 画素電極

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に相互に直交するように配置された
    信号線及び走査線と、前記信号線と前記走査線とが交差
    する箇所に配置され入射光を信号電荷に変換して蓄積す
    る光電変換膜及び画素電極を含む画素部と、前記走査線
    により動作を制御されて前記画素電極の電位を読み出す
    薄膜トランジスタを含む信号読み出し回路と、前記走査
    線を駆動する走査線駆動回路とを備え、 前記信号読み出し回路に含まれる前記薄膜トランジスタ
    のうち、ソース又はドレインが前記画素電極に接続され
    たものは他の薄膜トランジスタよりもLDD長が長いこ
    とを特徴とする撮像装置。
  2. 【請求項2】相互に直交するように配置された複数の信
    号線及び走査線と、前記信号線と前記走査線とが交差す
    る箇所にマトリクス状に配置され入射光を信号電荷に変
    換して蓄積する光電変換膜及び画素電極を含む画素部
    と、各々の前記走査線により動作を制御されて対応する
    前記画素電極の電位を読み出す薄膜トランジスタを含む
    信号読み出し回路と、各々の前記走査線を駆動する走査
    線駆動回路とを備え、 前記信号読み出し回路に含まれる前記薄膜トランジスタ
    のうち、ソース又はドレインが前記画素電極に接続され
    たものは他の薄膜トランジスタよりもLDD長が長いこ
    とを特徴とする撮像装置。
  3. 【請求項3】基板上に相互に直交するように配置された
    信号線及び走査線と、前記信号線と前記走査線とが交差
    する箇所に配置され入射光を信号電荷に変換して蓄積す
    る光電変換膜及び画素電極を含む画素部と、前記走査線
    により動作を制御されて前記画素電極の電位を読み出す
    薄膜トランジスタを含む信号読み出し回路と、前記走査
    線を駆動する走査線駆動回路とを備え、 前記信号読み出し回路に含まれる前記薄膜トランジスタ
    のうち、ソース又はドレインが前記画素電極に接続され
    たものはマルチゲート構造を有することを特徴とする撮
    像装置。
  4. 【請求項4】相互に直交するように配置された複数の信
    号線及び走査線と、前記信号線と前記走査線とが交差す
    る箇所にマトリクス状に配置され入射光を信号電荷に変
    換して蓄積する光電変換膜及び画素電極を含む画素部
    と、各々の前記走査線により動作を制御されて対応する
    前記画素電極の電位を読み出す薄膜トランジスタを含む
    信号読み出し回路と、各々の前記走査線を駆動する走査
    線駆動回路とを備え、 前記信号読み出し回路に含まれる前記薄膜トランジスタ
    のうち、ソース又はドレインが前記画素電極に接続され
    たものはマルチゲート構造を有することを特徴とする撮
    像装置。
  5. 【請求項5】前記信号読み出し回路には、 ドレイン又はソースが前記画素電極に接続され、ソース
    又はドレインが前記信号線に接続され、ゲートが前記走
    査線に接続され、前記走査線により動作を制御されて前
    記画素電極の電位を前記信号線に出力する信号読み出し
    用トランジスタと、 ドレイン又はソースとゲートとが前記画素電極に接続さ
    れ、ソース又はドレインが一定電位線に接続され、前記
    画素電極の電位が所定電位以上になると前記画素電極と
    前記一定電位線とを導通させる保護用トランジスタと、 ソース又はドレインが前記画素電極に接続されていない
    他のトランジスタとが含まれており、 前記信号読み出し用トランジスタ及び前記保護用トラン
    ジスタは、前記他のトランジスタよりもLDD長が長い
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。
  6. 【請求項6】前記信号読み出し回路には、 ドレイン又はソースが前記画素電極に接続され、ソース
    又はドレインが前記信号線に接続され、ゲートが前記走
    査線に接続され、前記走査線により動作を制御されて前
    記画素電極の電位を前記信号線に出力する信号読み出し
    用トランジスタと、 ドレイン又はソースとゲートとが前記画素電極に接続さ
    れ、ソース又はドレインが一定電位線に接続され、前記
    画素電極の電位が所定電位以上になると前記画素電極と
    前記一定電位線とを導通させる保護用トランジスタと、 ソース又はドレインが前記画素電極に接続されていない
    他のトランジスタとが含まれており、 前記信号読み出し用トランジスタ及び前記保護用トラン
    ジスタはマルチゲート構造を有し、前記他のトランジス
    タはシングルゲート構造を有することを特徴とする請求
    項3又は4記載の撮像装置。
  7. 【請求項7】前記信号読み出し回路には、 ドレイン又はソースが前記画素電極に接続され、ソース
    又はドレインが前記信号線に接続され、ゲートが前記走
    査線に接続され、前記走査線により動作を制御されて前
    記画素電極の電位を前記信号線に出力する信号読み出し
    用トランジスタと、 ドレイン又はソースが前記画素電極に接続され、ソース
    又はドレインが一定電位線に接続され、前記画素電極の
    電位が所定電位以上になると前記画素電極と前記一定電
    位線とを導通させる保護用トランジスタと、 電源電圧を供給され、入力端子が前記画素電極に接続さ
    れ、出力端子が前記保護用トランジスタのゲートに接続
    されており、前記画素電極の電位に応じて前記保護用ト
    ランジスタの動作閾値を調整する、少なくとも1つのト
    ランジスタを含む閾値調整回路とが含まれ、 前記信号読み出し用トランジスタ及び前記保護用トラン
    ジスタは、前記閾値調整回路に含まれるトランジスタよ
    りもLDD長が長いことを特徴とする請求項1又は2記
    載の撮像装置。
  8. 【請求項8】前記信号読み出し回路には、ドレイン又は
    ソースが前記画素電極に接続され、ソース又はドレイン
    が前記信号線に接続され、ゲートが前記走査線に接続さ
    れ、前記走査線により動作を制御されて前記画素電極の
    電位を前記信号線に出力する信号読み出し用トランジス
    タと、 ドレイン又はソースが前記画素電極に接続され、ソース
    又はドレインが一定電位線に接続され、前記画素電極の
    電位が所定電位以上になると前記画素電極と前記一定電
    位線とを導通させる保護用トランジスタと、 電源電圧を供給され、入力端子が前記画素電極に接続さ
    れ、出力端子が前記保護用トランジスタのゲートに接続
    されており、前記画素電極の電位に応じて前記保護用ト
    ランジスタの動作閾値を調整する、少なくとも1つのト
    ランジスタを含む閾値調整回路とが含まれ、 前記信号読み出し用トランジスタ及び前記保護用トラン
    ジスタはマルチゲート構造であり、前記閾値調整回路に
    含まれるトランジスタはシングルゲート構造であること
    を特徴とする請求項3又は4記載の撮像装置。
  9. 【請求項9】前記信号読み出し回路には、 前記画素電極にドレイン又はソースとゲートとが接続さ
    れ、ソース又はドレインが第1の一定電位端子に接続さ
    れ、前記画素電極の電位が所定電位以上になると前記画
    素電極と前記第1の一定電位線とを導通させる保護用ト
    ランジスタと、 前記画素電極にドレイン又はソースが接続され、ソース
    又はドレインが第2の一定電位端子に接続され、ゲート
    にリセット信号を入力されて前記画素電極と前記第2の
    一定電位線とを導通させるリセット用トランジスタと、 電源電圧を供給され、入力端子が前記画素電極に接続さ
    れ、出力端子が前記信号線に接続され、前記画素電極の
    電位に応じた電圧信号を生成して前記信号線に出力す
    る、少なくとも1つのトランジスタを含む電圧変換回路
    とが含まれ、 前記保護用トランジスタ及び前記リセット用トランジス
    タは、前記電圧変換回路に含まれるトランジスタよりも
    LDD長が長いことを特徴とする請求項1又は2記載の
    撮像装置。
  10. 【請求項10】前記信号読み出し回路には、 前記画素電極にドレイン又はソースとゲートとが接続さ
    れ、ソース又はドレインが第1の一定電位端子に接続さ
    れ、前記画素電極の電位が所定電位以上になると前記画
    素電極と前記第1の一定電位線とを導通させる保護用ト
    ランジスタと、 前記画素電極にドレイン又はソースが接続され、ソース
    又はドレインが第2の一定電位端子に接続され、ゲート
    にリセット信号を入力されて前記画素電極と前記第2の
    一定電位線とを導通させるリセット用トランジスタと、 電源電圧を供給され、入力端子が前記画素電極に接続さ
    れ、出力端子が前記信号線に接続され、前記画素電極の
    電位に応じた電圧信号を生成して前記信号線に出力す
    る、少なくとも1つのトランジスタを含む電圧変換回路
    とが含まれ、 前記保護用トランジスタ及び前記リセット用トランジス
    タはマルチゲート構造であり、前記電圧変換回路に含ま
    れるトランジスタはシングルゲート構造であることを特
    徴とする請求項3又は4記載の撮像装置。
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